KR101684371B1

KR101684371B1 - 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101684371B1
Application number: KR1020140162548A
Authority: KR
Inventors: 이경보
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-12-08
Also published as: KR20160060367A

Abstract

본 발명은 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 밸러스트 수를 초임계유체로 살균함으로써 초임계유체가 미생물과 박테리아 등을 완전히 파괴하여 밸러스트 수를 별도의 처리 없이 해상으로 바로 배출할 수 있다. 즉, 화학용매를 해상에 방출하지 않으면서도 생태계 교란을 일으키지 않고 밸러스트 수의 해상 방출 규정을 만족시킬 수 있다. 초임계유체는 살균효과가 높을 뿐만 아니라, 독성 및 잔류성이 전혀 없으므로 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 선박의 밸러스트 수 처리 시스템으로서, 밸러스트 수 내의 이물질을 여과시키기 위한 필터 유닛; 및 상기 필터 유닛에서 여과된 밸러스트 수를 초임계상태로 만들어, 상기 여과된 밸러스트 수 내의 미생물을 살균하는 초임계유체 반응유닛을 포함하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법이 제공된다.

Description

선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법 {Ballast Water Treatment System on Ship and Method Thereof}

본 발명은 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 초임계상태에서 밸러스트 수 내의 미생물 등을 처리하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

선박에는 선박의 균형을 유지하기 위해 선박 내부에 설치된 밸러스트 탱크에 밸러스트 수(Ballast Water)를 저장한다. 즉, 화물의 선적량 및 하역량에 따라 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 수의 양을 조절하여 무게중심이 상승하는 것을 최소화하는 것이다.

여기서, 밸러스트 수는 통상 펌프로 주변의 해수 또는 담수를 유입 및 유출시킨다. 이때, 밸러스트 수를 선박의 밸러스트 탱크로 유입하는 과정에서 항구 또는 주변 해역에 섞여있는 각종 이물질 즉, 자갈, 모래, 진흙 등의 무기물질과, 어패류, 플랑크톤과 같은 생물체 및 유기물질 등이 함께 유입된다. 따라서, 다양한 지역을 이동하는 선박의 밸러스트 수의 임의 배출은 생태계 교란을 초래하여 환경에 악영향을 끼친다. 이에 따라, 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)에서는 선박의 밸러스트 수 처리 장치(Ballast Water Treatment System)를 선박에 설치하는 것을 의무화하고 있다.

종래에 흔히 이용하고 있는 밸러스트 수 처리 기술은 UV(Ultraviolet)를 이용한 살균방법이다. 펌프를 이용하여 선내에 설치된 밸러스트 탱크로 유입된 해수 또는 담수는 1차적으로 펌프 후단에 설치된 필터를 지나 물리적으로 여과된다. 그 후 UV 처리 시스템을 거쳐 해수 또는 담수 내부의 미생물, 박테리아 등이 살균된다.

이러한 UV를 이용한 밸러스트 수 처리 방법은 비용이 적게 들고 친환경적이며, 사용이 용이하다는 장점이 있다. 그러나 UV는 살균의 효과가 지속 되지 않아 밸러스트 수를 선체 외부로 배출할 때에 밸러스트 수가 UV 처리 시스템을 한 번 더 통과하도록 설치해야 한다. 또한, UV는 불투명한 유기물에 대해서는 살균 효과가 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 살균 효과가 높고 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 초임계유체를 이용한 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 선박의 밸러스트 수 처리 시스템으로서, 밸러스트 수 내의 이물질을 여과시키기 위한 필터 유닛; 및 상기 필터 유닛에서 여과된 밸러스트 수를 초임계상태로 만들어, 상기 여과된 밸러스트 수 내의 미생물을 살균하는 초임계유체 반응유닛을 포함하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 초임계유체 반응유닛은 상기 여과된 밸러스트 수와 반응시키기 위한 유체를 저장하는 유체 실린더; 상기 유체 실린더에서 유체가 공급되고 상기 여과된 밸러스트 수 내의 미생물을 살균하는 고압 베슬; 상기 유체 실린더의 유체를 상기 고압 베슬로 공급하기 위한 펌프; 및 상기 고압 베슬을 가열하는 히터를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유체는 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)일 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압 베슬은 가압 및 가열 상태에서, 상기 유체 실린더에서 공급되는 유체 및 여과된 밸러스트 수를 초임계상태로 만들 수 있다.

바람직하게는, 해상으로부터 상기 필터 유닛으로 밸러스트 수를 공급하기 위한 공급펌프를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 선박의 밸러스트 수 처리 방법으로서, 밸러스트 수 내의 이물질 여과단계; 및 상기 여과된 밸러스트 수와 유체를 초임계상태로 만들어 반응시켜 상기 밸러스트 수 내의 미생물을 살균시키는 초임계유체 반응단계를 포함하는 선박의 밸러스트 수 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 초임계유체 반응단계는 가압 및 가열된 상태의 고압 베슬에서 초임계유체를 만들어 미생물을 살균시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 초임계유체 반응단계 후에는, 상기 고압 베슬을 감압 및 감온시켜 상기 초임계상태의 유체와 밸러스트 수를, 유체 및 처리된 밸러스트 수로 분리한 후 배출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 선박의 밸러스트 수 처리 시스템으로서, 밸러스트 수와 이산화탄소(CO₂)의 혼합물 또는 밸러스트 수와 질소(N₂)의 혼합물을 초임계상태로 만들어 상기 밸러스트 수 내의 미생물을 살균시키는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템이 제공된다.

본 발명에 따르면, 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법은 밸러스트 수를 초임계상태로 만들어 밸러스트 수 내에 있는 미생물과 박테리아 등을 완전히 파괴하여 살균함으로써 밸러스트 수를 별도의 처리 없이 해상으로 바로 배출할 수 있다. 즉, 화학용매를 해상에 방출하지 않으면서도 생태계 교란을 일으키지 않고 밸러스트 수의 해상 방출 규정을 만족시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초임계유체를 이용한 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법은 살균효과가 높을 뿐만 아니라, 독성 및 잔류성이 전혀 없으므로 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

특히, 초임계유체로서 이산화탄소를 이용할 경우 비용이 상대적으로 저렴하고, 비가연성이므로 취급이 용이하며 추출하고자 하는 물질, 즉 미생물의 색이나 상(Phase)에 관계없이 살균의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 밸러스트 수 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 밸러스트 수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박의 밸러스트 수 처리 시스템은 밸러스트 수 내의 이물질을 여과시키기 위한 필터 유닛(10)과 필터 유닛(10)에서 여과된 밸러스트 수를 초임계상태로 만들어 밸러스트 수 내의 미생물을 살균시키는 초임계유체 반응유닛(60)이 마련된다.

공급펌프(50)를 통해 해상에서 공급받은 밸러스트 수는 필터 유닛(10)을 통해 1차적으로 이물질이 걸러진다. 상기 필터 유닛(10)은 그 성능 및 효과에 따라 다수 개 설치될 수 있으나 2개의 필터 유닛(10)이 설치되어 밸러스트 수를 여과시키는 것이 바람직하다.

상기 필터 유닛(10)을 통해 물리적으로 이물질이 분리된 밸러스트 수는 고압 베슬(20)로 공급된다. 일정량의 밸러스트 수가 채워진 고압 베슬(20)은 상기 고압 베슬(20)에 설치된 밸브로 밀봉된다. 완전히 밀봉된 상기 고압 베슬(20)에 펌프(40)를 이용하여 유체 실린더(30)에 저장된 유체를 공급한다.

상기 유체는 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 가압 및 가열로 초임계상태에 도달할 수 있는 유체라면 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소를 적용하는 경우, 초임계 이산화탄소는 비용이 상대적으로 저렴하고, 비가연성으로 취급이 용이하며, 자체 독성 및 반응성이 낮고 잔류성이 없는 친환경 용매라는 장점이 있다. 본 실시 예에서는 이산화탄소(CO₂)를 예를 들어 설명하기로 한다.

여과된 밸러스트 수가 공급된 후 밀봉된 상기 고압 베슬(20)에 상기 유체 실린더(30)에 저장된 이산화탄소를 펌프(40)를 이용하여 계속 넣어주면 상기 고압 베슬(20)이 고압 상태가 된다. 이때 공급하는 이산화탄소의 양은 상기 고압 베슬(20)에 공급된 밸러스트 수의 양에 따라 조절될 수 있으며, 상기 공급된 밸러스트 수와 이산화탄소의 혼합물이 임계압력 이상으로 도달할 때까지 주입한다. 상기 임계압력에 도달한 고압 베슬(20)은 고압 베슬(20)을 둘러싸며 설치된 히터(미도시)를 통해 임계온도 이상으로 가열하여 상기 고압 베슬(20)에 공급된 밸러스트 수와 이산화탄소가 초임계상태에 도달하도록 만들어준다.

초임계상태란, 액상(Liquid)과 기상(Gas)이 분리되어 존재하다가 임계압력 및 임계온도 이상이 되면 액상과 기상의 구분이 모호해지고 1개의 단일상으로 존재하는, 액체도 기체도 아닌 성질을 갖게 된다. 이때, 초임계상태에 도달한 유체는 기체처럼 가볍고 확산이 잘 되면서, 액체처럼 용해력이 크다. 이러한 초임계유체의 성질은 주로 추출공정에 유용하게 사용된다. 예를 들어, 임계온도 약 31℃, 임계압력 약 73.8atm의 이산화탄소를 임계온도 및 임계압력 이상으로 올려주면 초임계상태로 되고 이 초임계 이산화탄소를 추출하려는 물질에 통과시키면 초임계 이산화탄소가 물질의 미세 구멍에 침투해 원하는 성분만 녹여서 나오게 된다.

따라서, 상기 고압 베슬(20)이 일정 압력 및 온도 이상이 되면 이산화탄소와 밸러스트 수가 초임계상태가 되며 초임계 이산화탄소가 용매와 같이 작용하여 밸러스트 수에 포함된 미생물 내부의 유효성분을 용해시켜 생명체의 구조를 파괴할 수 있다. 상기 초임계 이산화탄소에 밸러스트 수 내의 미생물을 이루고 있는 구성요소가 녹아 들어가면서 미생물 본연의 형태를 상실하게 되어 살균이 이루어지는 것이다.

이때, 상기 이산화탄소와 밸러스트 수가 초임계상태에 도달하게 되는 임계압력과 임계온도는 상기 고압 베슬(20)에 공급되는 이산화탄소와 밸러스트 수의 혼합 비율에 따라 결정될 수 있다.

또한, 초임계 이산화탄소를 사용하는 경우에는 상기 고압 베슬(20)로 공급된 초임계상태의 밸러스트 수와 이산화탄소의 혼합물이 약산으로 그 산도가 변화되어 미생물이 파괴가 일어날 수도 있다.

이렇게 초임계유체는 미생물과 박테리아 등의 완전한 파괴를 일으키므로 밸러스트 수를 해상으로 배출할 때 별도의 처리 없이도 바로 배출할 수 있게 된다.

상기 초임계상태에 도달한 밸러스트 수와 이산화탄소가 고압 베슬(20)에서 충분히 반응할 수 있도록 일정 시간이 지난 후, 상기 고압 베슬(20)의 온도를 낮춰주고, 상기 밸브를 개방하여 서서히 감압시킨다. 그러면 상기 이산화탄소와 밸러스트 수가 초임계상태에서 본래의 상태로 되돌아오게 되고, 상기 이산화탄소와 밸러스트 수가 분리된다. 이때, 상기 밸러스트 수에 상기 이산화탄소가 남지 않고 고압 베슬(20)에서 배출되므로 추가적인 처리시설을 필요로 하지 않는다.

상기 고압 베슬(20)에서 반응 후 배출된 이산화탄소는 대기 중으로 방출되거나 상기 유체 실린더(30)로 재순환될 수 있다.

상기 고압 베슬(20)에서 반응 후 배출되는 처리된 밸러스트 수는 밸러스트 탱크에 저장된다. 상기 저장된 밸러스트 수는 미생물이 완전히 살균된 상태로 언제 어디서든 해상으로 자유롭게 방출한다 해도 무방하다.

따라서, 본 발명의 선박의 밸러스트 수 처리 시스템 및 방법에 따르면, 선박의 밸러스트 수 처리에 있어서 초임계유체를 적용하여 살균함으로써, 최근 들어 점점 강화되고 있는 해상에서의 밸러스트 수 방출 조건에도 불구하고, 별도의 화학 용매를 해상으로 방출하지 않고도 생태계 교란을 일으키지 않으며 자유롭게 배출할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

1 : 선박의 밸러스트 수 처리 시스템
10 : 필터 유닛
20 : 고압 베슬
30 : 유체 실린더
40 : 펌프
50 : 공급펌프
60 : 초임계유체 반응유닛

Claims

선박의 밸러스트 수 처리 시스템으로서,
밸러스트 탱크로 공급할 밸러스트 수 내의 이물질을 1차 여과시키는 필터 유닛; 및
상기 필터 유닛에서 1차 여과된 밸러스트 수를 살균하는 초임계유체 반응유닛;을 포함하고,
상기 초임계유체 반응유닛은,
상기 1차 여과된 밸러스트 수를 수용하는 고압 베슬;
상기 고압 베슬 내에 일정량의 밸러스트 수가 채워지면 상기 고압 베슬을 밀봉하는 밀봉 밸브; 및
상기 밀봉 밸브에 의해 밀봉된 고압 베슬로 유체를 공급하는 펌프;를 포함하여,
상기 고압 베슬은 상기 밀봉 밸브에 의해 밀봉된 상태에서 상기 유체를 공급받음에 따라 상기 고압 베슬 내에 수용된 밸러스트 수 및 유체를 초임계상태로 도달시키고,
상기 초임계상태에 도달 후 상기 밀봉 밸브가 개방되면, 상기 밸러스트 수와 유체가 분리되고, 상기 분리된 밸러스트 수를 상기 밸러스트 탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는, 박의 밸러스트 수 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 초임계유체 반응유닛은
상기 여과된 밸러스트 수와 반응시키기 위한 유체를 저장하는 유체 실린더; 및
상기 고압 베슬을 가열하는 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 유체는
이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)인 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 고압 베슬은
가압 및 가열 상태에서, 상기 유체 실린더에서 공급되는 유체 및 여과된 밸러스트 수를 초임계상태로 만드는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
해상으로부터 상기 필터 유닛으로 밸러스트 수를 공급하기 위한 공급펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 시스템.
선박의 밸러스트 수 처리 방법으로서,
밸러스트 수 내의 이물질 여과단계; 및
상기 여과된 밸러스트 수와 유체를 초임계상태로 만들어 반응시켜 상기 밸러스트 수 내의 미생물을 살균시키는 초임계유체 반응단계;를 포함하고,
상기 초임계유체 반응단계는,
상기 여과된 밸러스트 수를 고압 베슬로 공급하는 단계;
상기 여과된 밸러스트 수를 공급받은 고압 베슬을 밀봉하는 단계;
상기 밀봉된 고압 베슬에 유체를 공급하여 상기 고압 베슬 내 압력을 상승시켜 상기 밸러스트 수 및 유체를 초임계상태로 도달시키는 단계; 및
상기 초임계 상태에 도달한 고압 베슬이 압력을 서서히 낮춰 상기 밸러스트 수와 유체를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 밸러스트 수 처리 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 초임계유체 반응단계는
가압 및 가열된 상태의 고압 베슬에서 초임계유체를 만들어 미생물을 살균시키는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 수 처리 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 초임계유체 반응단계 후에는
상기 분리된 유체 및 처리된 밸러스트 수를 각각 배출시켜 상기 처리된 밸러스트 수를 밸러스트 탱크로 공급하는 단계;를 포함하는, 선박의 밸러스트 수 처리 방법.
선박의 밸러스트 수 처리 방법으로서,
밸러스트 수를 베슬에 공급하는 단계;
상기 베슬로 유체를 공급하는 단계;
상기 밸러스트 수와 유체의 혼합물을 초임계상태로 도달시키는 단계; 및
상기 초임계상태의 밸러스트 수와 유체의 혼합물을 본래의 상태로 되돌아 오게 하여 상기 밸러스트 수와 유체를 분리하는 단계;를 포함하여,
상기 밸러스트 수를 살균하는 것을 특징으로 하는, 선박의 밸러스트 수 처리 방법.